电解水制氢工艺描述

1/12电解水制氢工艺描述电解水生产氢气氧气是一个比较成熟的工艺。其主要组成部分有：电解槽、气水分离罐、加碱罐、洗涤罐、脱水罐、缓冲罐、冷却水箱等，电气、仪表及配套的设备元器件主要有：直流电解电源（简称电解电源）、电源冷却循环泵（简称电源冷却泵或电源泵）、电解液循环泵（简称循环泵）、电解系统冷却循环泵（简称电解冷却泵或冷却泵）、补水泵、电磁阀、压力变送器、温度变送器、差压变送器、流量计、压力表、减压阀、回火防止器、纯净水生产装置等。电解水制氢工艺流程示意图见图1。图1电解水制氢工艺流程示意图2/12压力的单位为Mpa，小数点后面保留3位。差压的单位为kPa，小数点后面保留2位,流量单位为m3/h，小数点后面保留2位。温度的单位为°C，小数点后面保留1位,累计流量的单位为m3，小数点后面保留1位，累计工作时间的单位为h，小数点后面保留1位。所有的电磁阀均为电开阀，通电开启，断电关闭。一、电解电源DDY、电源冷却泵DLB、循环泵XHB及冷却泵LQB控制表1电解系统与冷却系统对应输入输出关系表信号来源控制内容说明输入编号信号来源名称输出编号控制对象名称AI1(PT101)氢气压力PHDO1DO2(开关量)电解电源DDY电源冷却泵DLB循环泵XHB冷却泵LQB根据氢气压力PH控制电解电源DDY、电源冷却泵DLB和循环泵XHB的启停。根据系统温度TE控制冷却泵LQB的启停。AI2(TT101)系统温度TE（电解液温度）1、氢气压力PH由压力变送器PT101变送为4~20mA直流信号，根据氢气压力PH控制电解电源DDY（电解电源DDY由一个开关量信号控制运行与停止）、电源冷却泵DLB和循环泵XHB（电源冷却泵DLB和循环泵XHB与电解电源DDY同步受氢气压力PH控制）的通断，氢气压力可以在触摸屏上设置：○1氢气压力上限设定值（简称压力设定上限）PHH的设置范围0~3.00Mpa（参考值0.40Mpa）；○2氢气压力下限设定值（简称压力设定下限）PHL的设置范围0~3.00MPa（参考值0.35Mpa）。参考值就是第一次开机设置时（或者长时间断电数据丢失时）推荐使用的数值。○3当氢气压力PH高于压力设定上限PHH，PH＞PHH，DO1输出为OFF,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB停止运行；○4氢气压力PH低于压力设定下限PHL，PH＜PHL，DO1输出为ON,电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB通电运行。2、当电解系统温度（实际为电解系统电解液的温度，简称电解温度）TE由温度变送器TT101变送为4~20mA直流信号，根据电解温度TE控制电解电源DDY的通断，电解温控温度可在触摸屏上设置：○1电解系统温度上限设定值（简称电解温控上限）TEH设置范围55~95°C（参考值90°C）；○2电解系统温度下限设定值（简称电解温控下限）TEL设置范围50~90°C（参考值85°C）。○3当电解系统温度TE超过电解温控上限TEH，TE＞TEH，发出报警信号，DO9输出为ON，同时DO1输出为OFF，电解电源DDY、电源泵DLB和循环泵XHB停止运行，但这时其他系统继续正常工作。3/12○4当电解系统温度TE低于电解温控下限TEL，TE＜TEL，解除报警，DO9为OFF，电解系统恢复正常工作。3、根据电解温度TE控制冷却泵LQB的通断，冷却温控温度上下限可在触摸屏上设置：○1电解冷却温度上限设定值（简称冷却温控上限）TCH设置范围30~90°C（参考值90°C）；○2电解冷却温度下限设定值（简称冷却温控下限）TCL设置范围30~90°C（参考值85°C）。○3当电解温度TE超过冷却温控上限TCH，TE＞TCH，DO2输出为OFF，冷却泵LQB停止运行。○4当电解温度TE低于冷却温控下限TCL，TE＜TCL，解除报警，DO9为OFF，电解系统恢复正常工作。电解与冷却控制流程框图如下：二、气水分离罐补水控制表2气水分离罐补水控制对应输入与输出关系表信号来源控制内容说明输入编号信号来源名称输出编号控制对象名称DI1(L1L）氢气加碱罐液位下限DO3DO4氢气加碱罐补水电磁阀BV1氢气加碱罐补水电磁阀BV2根据氢气加碱罐和氧气加碱罐液位控制氢气加碱罐补水电磁阀BV1和氧气气加碱罐补水电磁阀BV2的开闭DI2（L1H）氢气加碱罐液位上限DI3（L2L）氧气加碱罐液位下限DI4（L2H）氧气加碱罐液位上限氢气加碱罐和氧气加碱罐各安装了一套液位开关，控制补水电磁阀BV1和BV2。氢气加AI1(氢气压力PT101)PH＜PHLAI2(系统温度TT101)TE＜TEL解除报警(共8个报警)ANDDO1为ON,电解开始OFF1AI1(氢气压力PT101)PH＞PHHAI2(电解温度TT101)TE＞TEH产生报警(共8个报警)ORDO1为OFF,电解停止DO90AI2(电解温度TT101)TE＞TCHTE＜TCLAI2(电解温度TT101)0SSETQRCLRQ1TE＜TCL,DO2为ON,冷却泵运行TE＞TCH,DO2为OFF,冷却泵运行4/12碱罐液位开关的下限接点为L1L（对应数字量输入编号为DI1），氢气加碱罐液位开关的上限接点为L1H（DI2），氧气加碱罐液位开关的下限接点为L2L（DI3），氧气加碱罐液位开关的上限接点为L2H（DI4）。1、补水电磁阀BV1、BV2的开阀条件（同时开阀）液位开关L1L接通（DI1为ON）或者液位开关关L2L接通（DI3为ON），DO3、DO4输出为ON，同时打开补水电磁阀BV1和BV2。2、补水电磁阀BV1、BV2的关阀条件（分别关阀）当加碱罐的液位开关L1H断开（DI2为OFF）时，DO3输出为OFF，关闭补水电磁阀BV1。当加碱罐的液位开关L2H断开（DI4为OFF）时，DO4输出为OFF，关闭补水电磁阀BV2。3、氢气加碱罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位低液位：液位开关L1L接通（DI1为ON）+液位开关L1H接通（DI2为ON）。正常：液位开关L1L断开（DI1为OFF）+液位开关L1H接通（DI2为ON）。高液位：液位开关L1L断开（DI1为OFF）+液位开关L1H断开（DI2为OFF）。4、氧气加碱罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位低液位：液位开关L2L接通（DI3为ON）+液位开关L2H接通（DI4为ON）。正常：液位开关L2L断开（DI3为OFF）+液位开关L2H接通（DI4为ON）。高液位：液位开关L2L断开（DI3为OFF）+液位开关L2H断开（DI4为OFF）。气水分离罐补水流程框图如下：·三、补水泵BSB及补水电磁阀BV3、BV4控制氢气洗涤罐和氧气洗涤罐上分别安装了一套液位开关，氢气洗涤罐上的液位开关的下限开关为L3L（DI5）、上限开关为L3H（DI6），氧气洗涤罐上的液位开关的下限开关为L4L（DI7），上限开关为L4H（DI8），用于控制补水泵BSB和补水电磁阀BV3、BV4。氢气加碱罐的液位L1L为ON氧气加碱罐的液位L2L为ONORDO3为ON,BV1开启1DO4为ON,BV2开启1DO4为OFF,BV2关闭0氧气加碱罐液位L2HOFFDO3为OFF,BV1关闭0OFF氧气加碱罐液位L1H5/12表3洗涤罐补水控制输入与输出对应关系表信号来源控制内容说明输入编号信号来源名称输出编号控制对象名称DI5（L3L）氢气洗涤罐液位下限(下限为低液位)DO5DO6DO7氢气洗涤罐补水电磁阀BV3氧气洗涤罐补水电磁阀BV4补水泵BSB根据氢气洗涤罐液位，控制补水泵BSB启停和氢气洗涤罐补水电磁阀BV3、氧气洗涤罐补水电磁阀BV4的开闭DI6（L3H）氢气洗涤罐液位上限(上限为高液位)DI7（L4L）氧气洗涤罐液位下限DI8（L4H）氧气洗涤罐液位上限1、开泵条件和开阀条件（泵和两个补水电磁阀同时打开）L3L的下限开关（DI5）和L4L的下限开关（DI7）任意一个接通或者两个全部接通，接通补水泵电源（DO7为ON），同时打开补水电磁阀BV3、BV4（DO5、DO6为ON）。2、关阀和关泵条件当氢气洗涤罐高液位接点L3H（DI6）断开，关闭补水电磁阀BV3（DO5为OFF）。当氧气洗涤罐高液位接点L4H（DI8）断开，关闭补水电磁阀BV4（DO6为OFF）。当两个电磁阀BV3、BV4全部关闭后，关闭补水泵（DO7为OFF）。3、氢气洗涤罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位低液位：液位开关L3L接通（DI5为ON）+液位开关L3H接通（DI6为ON）。正常：液位开关L3L断开（DI5为OFF）+液位开关L3H接通（DI6为ON）。高液位：液位开关L3L断开（DI5为OFF）+液位开关L3H断开（DI6为OFF）。4、氧气洗涤罐的液位状态显示三种：低液位、正常、高液位低液位：液位开关L4L接通（DI7为ON）+液位开关L4H接通（DI8为ON）。正常：液位开关L4L断开（DI7为OFF）+液位开关L4H接通（DI8为ON）。高液位：液位开关L4L断开（DI7为OFF）+液位开关L4H断开（DI8为OFF）。洗涤罐补水流程框图如下：氢气洗涤罐的液位L3L为ON氧气洗涤罐的液位L4L为ONORDO5为ON,BV3开启1DO6为ON,BV4开启1DO7为ON,BSB开启1DO5为OFF,BV3关闭0OFF氧气洗涤罐液位L3HDO6为OFF,BV4关闭0OFF氧气洗涤罐液位L4H6/12四、差压调节系统（氢气与氧气压力平衡）氧气与氢气压力的差压Pd由压力变送器PdT101变送为4~20mA直流信号，根据差压Pd控制排氧电磁阀PV1的通断。表4排氧电磁阀PV1控制输入与输出对应关系表信号来源控制内容说明输入编号信号来源名称输出编号控制对象名称AI3氧气与氢气的压差Pd（ΔP）DO8降压排氧电磁阀PV1根据氧气与氢气的压差Pd，控制降压排氧电磁阀PV1的开闭Pd=氧气压力-氢气压力，排氧所需的差压上限设定值(简称压差设定上限)PdH和排氧差压下限设定值（简称压差设定下限）可以在触摸屏上设置：○1压差设定上限PdH的设置范围为-3kPa~+3kPa，参考值0.50kPa；○2压差设定下限PdL的设置范围为-3kPa~+3kPa，参考值-0.50kPa）；○3当差压Pd超过压差设定上限PdH，Pd＞PdH，DO8输出为ON，排氧电磁阀PV1开启。○4当差压Pd低于压差设定下限PdL，Pd＞PdL，DO8输出为OFF，排氧电磁阀PV1关闭。⑤报警压差设定值PdA的设置范围为3.00~5.00kPa，参考值3.50kPa，当氧气与氢气的差压Pd的绝对值│Pd│＞PdA，发出报警信号，DO9为ON，DO1为OFF。差压调节系统流程框图如下：五、瞬时流量与累计流量氢气的流量QH由流量变送器FT101变送为4~20mA直流信号，要求在触摸屏上显示瞬时流量QH和累计流量QA。表5氢气流量信号与输入输出对应关系表信号来源控制内容说明输入编号信号来源名称输出编号控制对象名称AI4流量变送器FT101无无显示瞬时流量QH和累计流量QAANDDO7为OFF,BSB关闭0氢气洗涤罐液位L3HOFF氧气洗涤罐液位L4HOFFAI3(差压PdT101)PdPd＞PdHPd＜TdL0SSETQRCLRQ1Pd＞PdHDO8为ON,排氧阀开启Pd＜PdL,DO8为OFF,排氧阀关闭AI3(差压PdT101)Pd7/12六、报警显示、记录与查询要求在触摸屏设一个报警记录查询页面，将所有报警按时间顺序记录下来，在触摸屏上能够查阅，存储器记录满了，循环抹除前面的记录，另外在该页面设一个报警消除按钮，按一下消除按钮，停止报警，DO9为OFF，但若仍然满足报警条件，间隔60秒，继续报警（DO9为ON）。为了防止处于报警临界点时继电器频繁动作，以及干扰引起的报警，要求满足报警条件达到3秒以上，才能发出报警信号（DO9为ON），同一个报警源每两次报警之间需要间隔3秒，也就是说，当报警条件消除后，报警自动消除，如果又达到报警条件，至少延迟3秒才能再次报警，如果是人工消除报警，同一报警源需要延迟60秒才能再次报警。1、